專利名稱：用于壓縮機霧化器系統(tǒng)中的具有可調(diào)頻率特性的低約束諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于減小壓縮機系統(tǒng)中的噪聲的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
霧化器是用于以霧的形式施用藥物的裝置，該霧被吸入患者肺中。通常，霧化器利用壓縮空氣來使藥物汽化。使用壓縮機系統(tǒng)來生成壓縮空氣。在操作期間，壓縮機系統(tǒng)也生成不期望的噪聲。一些常規(guī)壓縮機系統(tǒng)使用內(nèi)嵌(in-line)消音器來減小噪聲。圖1是使用常規(guī)內(nèi)嵌消音器的常規(guī)壓縮機系統(tǒng)的氣動(pneumatic)示意性框圖。 壓縮機系統(tǒng)10包括壓縮機泵11，壓縮機泵11具有入口或吸入端口 12和出口或輸出端口 14。吸入端口 12連接至吸入過濾器(例如POREX過濾器)16。在通過過濾器16后，空氣被引入通過吸入端口 12以去除存在于空氣中的諸如微粒的雜質(zhì)。輸出端口 14能夠連接至各種類型的霧化器(未示出)，諸如話筒型霧化器、面罩型霧化器等。輸出端口 14輸出由壓縮機泵11壓縮的壓縮或增壓空氣形式的空氣。壓縮空氣用于使霧化器(未示出)中的藥物汽化。常規(guī)類型的內(nèi)嵌消音器18安置于壓縮機泵和過濾器16之間。常規(guī)消音器18具有外殼19。外殼19具有設(shè)置在消音器18的外殼19中的入口 18A和出口 18B。空氣通過入口 18A進入消音器外殼19并通過出口 18B離開消音器外殼19。消音器18通過入口 18A 使用管道或氣動管線13A連接至吸入端口 12并通過出口 18B使用管道或氣動管線1 連接至泵11。消音器18位于泵11的吸入側(cè)上。這是因為正常使用的壓縮機系統(tǒng)10生成的大多數(shù)噪聲從入口側(cè)逃逸。常規(guī)內(nèi)嵌消音器18具有重新引導(dǎo)聲音以及主空氣流的一系列內(nèi)部隔板18C，使得空氣能夠逃逸，但是噪聲耗散在消音器外殼19內(nèi)。在常規(guī)消音器18中，空氣通過入口 18A 進入一側(cè)，反轉(zhuǎn)方向兩次，然后最終通過出口 18離開相對側(cè)。應(yīng)當(dāng)注意，泵噪聲沿與空氣流相對的方向傳播，進入消音器18的泵側(cè)，即通過出口 18B進入并在過濾器側(cè)上離開，即通過入口 18A離開。雖然通過消除從消音器18的一端(即出口 18B)至消音器18的另一端 (即入口 18A)的直的路徑，隔板18C干擾了聲音的傳播，但是當(dāng)使用次類型的消音器時，觀察到了空氣流有時減小了。在該消音器中，隔板18C能夠呈現(xiàn)對空氣流的約束，或者在某些環(huán)境中能夠產(chǎn)生湍流(turbulence)，其對總的壓縮機性能具有影響。此外，常規(guī)內(nèi)嵌消音器18經(jīng)常設(shè)計為用于特定壓縮機泵11并可以影響壓縮機性能，并且甚至可以在其它壓縮機上或甚至是使用不同聽筒(handset)或霧化器的相同壓縮機上不能良好工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明處理與上述相關(guān)的各種問題，除其它事情外，包括基本上衰減、減小或消除在壓縮機系統(tǒng)中生成的不期望的噪聲，而基本上不會阻擋空氣流并從而影響壓縮機性能。本發(fā)明的一方面，提供了一種壓縮機系統(tǒng)，包括配置為接收氣體的入口端口、配置為輸出壓縮氣體的出口端口、以及經(jīng)由氣動管線連接至入口端口并連接至出口端口的壓縮機泵。壓縮機泵配置為對通過入口端口輸入的氣體進行增壓并通過出口端口輸出壓縮氣體。壓縮機泵在壓縮機泵的操作期間生成噪聲。壓縮機系統(tǒng)還包括側(cè)枝諧振器，側(cè)枝諧振器具有形成腔的外殼和連接至外殼的細長的部件。細長的部件氣動連接至入口端口和壓縮機泵之間的氣動管線。側(cè)枝諧振器配置為基本上減小壓縮機泵生成的噪聲。本發(fā)明的另一方面，提供了一種通過如下操作來減小壓縮機系統(tǒng)中的噪聲的方法在壓縮機系統(tǒng)中安置側(cè)枝諧振器，所述側(cè)枝諧振器具有形成腔的外殼和連接至外殼的細長的部件；將細長的部件氣動地連接至鏈接于壓縮機系統(tǒng)的入口端口和壓縮機系統(tǒng)的壓縮機泵之間的氣動管線；以及對側(cè)枝諧振器的頻率范圍進行調(diào)諧以便基本上減小壓縮機泵生成的噪聲。在參照附圖考慮以下描述和所附權(quán)利要求時，本發(fā)明的這些和其它目的、特征、和特性，以及結(jié)構(gòu)的相關(guān)元件的操作方法和功能以及制造的部件和體系的組合將變得明顯， 所有附圖形成此說明書的一部分，其中，類似的參考數(shù)字表示各附圖中對應(yīng)的部件。然而， 應(yīng)當(dāng)清楚地理解，附圖是僅用于示例和描述目的，并且不是意在對本發(fā)明進行限制。如說明書和權(quán)利要求中所使用的，單數(shù)形式的“一”以及“所述”包括多個指示物，除非上下文清楚地另外規(guī)定。


圖1是使用常規(guī)內(nèi)嵌消音器的常規(guī)壓縮機系統(tǒng)的氣動示意性框圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用側(cè)枝消音器(諧振器)的壓縮機系統(tǒng)的氣動示意性框圖；圖2B描繪用于形成圖2A中描繪的諧振器的腔的PZT圓柱的示意性描述；圖3是安裝在圖2中描繪的使用放置在排出側(cè)上的一種類型的霧化器的壓縮機系統(tǒng)的吸入側(cè)上時，PZT聲諧振器的電信號響應(yīng)的圖示；圖4是安裝在圖2中描繪的壓縮系統(tǒng)的吸入側(cè)上時，PZT聲諧振器的電信號響應(yīng)的圖示；圖5是安裝在圖2中描繪的使用節(jié)流孔來在排出側(cè)上建立約IOpsi的操作壓力的壓縮機系統(tǒng)的吸入側(cè)上時，PZT聲諧振器的電信號響應(yīng)的圖示；圖6是安裝在圖2中描繪的使用節(jié)流孔來在排出側(cè)上建立約IOpsi的操作壓力的壓縮機系統(tǒng)的排出側(cè)上時，PZT聲諧振器的電信號響應(yīng)的圖示；圖7示出了在約IOpsi的排出壓力，壓縮機泵的操作循環(huán)期間，吸入和排放閥的各開啟和關(guān)閉階段；圖8示出了在約4psi的排出壓力，壓縮機泵的操作循環(huán)期間，吸入和排放閥的各開啟和關(guān)閉階段；圖9A是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的使用側(cè)枝消音器(諧振器)的壓縮機系統(tǒng)的氣動示意性框圖；圖9B是根據(jù)本發(fā)明的再一實施例的使用側(cè)枝消音器(諧振器)的壓縮機系統(tǒng)的氣動示意性框圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的使用多個側(cè)枝消音器(諧振器)的壓縮機系統(tǒng)的氣動示意性框圖；以及
圖11是根據(jù)本發(fā)明的再一實施例的使用側(cè)枝諧振器的壓縮機系統(tǒng)的氣動示意性框圖。
具體實施例方式圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的壓縮機系統(tǒng)20的氣動示意性框圖。壓縮機系統(tǒng)20 包括壓縮機泵21，壓縮機泵21具有入口或吸入端口 22和出口或輸出端口 M。吸入端口 22 連接至吸入過濾器(例如，POREX過濾器)26。空氣或其它氣體在通過過濾器沈以去除存在于空氣或氣體中的諸如微粒的可能的雜質(zhì)后被引入通過吸入端口 22。輸出端口 M能夠連接至各種類型的霧化器(未示出)，諸如話筒型霧化器、面罩型霧化器等。輸出端口對輸出由壓縮機泵21壓縮的壓縮空氣形式的空氣。壓縮空氣用于使霧化器(未示出)中的藥物汽化。消音器(或諧振器) 安置于壓縮機泵21和吸入端口 22之間。泵21通過管道或氣動管線23A、2;3B連接至入口端口 22。泵21通過吸入端口 22經(jīng)由管道23A、2!3B引入空氣或氣體并通過輸出端口 M輸出壓縮空氣或壓縮氣體。消音器觀具有限定腔30的外殼四。消音器觀還包括細長部件或頸部31。頸部31的一端31A連接至設(shè)置在外殼30中的開口 30A。另一端31B經(jīng)由連接器連接至管道 23A、23B，連接器諸如是例如T連接器。在此實施例中，消音器觀作為側(cè)枝諧振器連接。噪聲由腔30的存在而被堵住，而通過管道23A、23B的空氣流相對地未受阻礙。消音器觀能夠視為亥姆霍茲諧振器，其是氣動調(diào)諧電路，該調(diào)諧電路對頸部31與主流動通道23A、2!3B相接處的點的頻率范圍作出反應(yīng)。當(dāng)迫使空氣或氣體進入腔30中時， 腔30里面的壓力增大。一旦迫使空氣/氣體進入腔30中的外力消失，則腔里面的較高壓力的空氣或氣體將流出。由于頸部31中的空氣或氣體的慣性，流出腔30的空氣或氣體的波動將往往過度補償。結(jié)果，腔30中的內(nèi)部壓力將稍微低于外部壓力，使得空氣被引回來。 此過程重復(fù)，壓力變化的幅度每次降低。操作類似于彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的操作，腔30內(nèi)的壓縮的氣體提供彈簧，而頸部31內(nèi)的空氣的體積提供質(zhì)量。較長的頸部將有助于較大的質(zhì)量，并且反之亦然。在諧振頻率，頸部內(nèi)的空氣的質(zhì)量以最大幅度移動到腔中和從腔移動出，交替地壓縮腔內(nèi)的空氣/氣體和使其變稀薄。根據(jù)諧振器理論，并忽略粘度損耗，諧振器在循環(huán)的某部分期間吸收的所有能量在循環(huán)的其它部分返回到主通道，大多數(shù)聲能被朝向其源(在此情況下為泵)重新引導(dǎo)回。 得到的效果是堵住一頻率范圍中的噪聲傳播通過諧振器連接至主通道的點。大大高于或低于諧振器頻率的頻率不受影響。例如，證明了調(diào)諧到粗略地6. 5kHz的諧振器對減小與泵關(guān)聯(lián)的可聽噪聲有效。此類型的諧振器的諧振頻率主要取決于腔的體積和頸部的長度和寬度 (例如橫截面積)。能夠使用以下公式計算諧振頻率f。
其中，ν是空氣或氣體中的聲速，A是頸部的橫截面積，V是腔的體積，以及L是頸部的長度。根據(jù)以上公式，能夠看到能夠通過改變腔的體積V、頸部的橫截面積A(例如頸部的內(nèi)徑)或頸部的長度L來選擇諧振頻率f。例如，在一個實施例中，通過將頸部部分地構(gòu)造出管道，通過使用該管道的不同長度，簡單地調(diào)節(jié)諧振器頻率是可能的。替代地或附加地，在另一實施例中，通過插入或去除同心布置的管子，能夠增大或減小管道的橫截面尺寸 (例如直徑)。這些設(shè)計明顯地比用于常規(guī)壓縮機系統(tǒng)中的常規(guī)固定的內(nèi)嵌消音器設(shè)計更適合于被頻率調(diào)諧。除通過調(diào)節(jié)任何上述標識的參數(shù)來將諧振頻率調(diào)諧到一頻率范圍的能力外，通過將諸如聲過濾介質(zhì)的聲吸收材料安置到腔30中，能夠增加此裝置工作的頻率范圍。增加頻率的帶寬或范圍的一個益處是適應(yīng)各種壓縮機發(fā)出的聲頻率的整個范圍的能力。例如，一個諧振器消音器可以在一個泵速度工作良好，而能夠在另一泵速度效率較低。因為泵速度能夠在壓縮機單元至壓縮機單元之間發(fā)生變化并且也能夠取決于使用的霧化器的類型而變化，所以噪聲電平的頻率可以取決于泵速度而不同。結(jié)果，使用寬帶寬消音器諧振器能夠在各種泵速度提供噪聲衰減。壓縮機單元于是能夠聽起來基本上相同，而不管使用的壓縮機類型和/或使用的霧化器。此外，通過在側(cè)枝配置中安置消音器(諧振器)28，如圖2中所示，通過管道23A、 23B的空氣的流動未被阻礙或未被阻擋。結(jié)果，與使用常規(guī)內(nèi)嵌消音器的常規(guī)壓縮機系統(tǒng)相比，增強了空氣或氣體的流動，如圖1中所示。通過改善空氣流，這能夠?qū)е吕缡褂幂^低功率的泵，該較低功率的泵比常規(guī)壓縮機系統(tǒng)中使用的泵提供更低的空氣或氣體通量，該常規(guī)壓縮機系統(tǒng)中使用的泵需要較高的空氣通量來克服內(nèi)嵌消音器對空氣流的阻擋。通過使用較低功率的泵，能夠減小整個壓縮機系統(tǒng)的成本和壓縮機系統(tǒng)的操作期間的能耗。上以上段落中將消音器觀描述為使用于壓縮機霧化器系統(tǒng)中以減小不期望的壓縮機泵噪聲，同時最小化對總的空氣流的影響。然而，如能夠理解的，消音器觀也能夠用于任何類型的壓縮機裝置中，包括但不限于用于氧濃縮器中的壓縮機中、連續(xù)氣道正壓通氣 (Continuous Positive Airway Pressure，CPAP)裝置中、通風(fēng)器中，或用于任何壓縮空氣/ 氣體器具中，該器具中的主噪聲源生成于該裝置的吸入(吸氣)側(cè)上。在一個實施例中，諸如鋯鈦酸鉛(PZT)或基于PZT的化合物的圓柱壓電材料用于形成消音器或諧振器觀的腔30。圖2B描繪用于形成諧振器觀的腔30的PZT圓柱。PZT 圓柱四具有安置于同心圓柱電極29A和29B之間的PZT材料33。PZT圓柱的范例的詳細描述能夠在名禾爾為"Cylindrical Acoustic Levitator/Concentrator Having Non-Circular Cross-Section"的U. S.專利No. 6644118中找到，于此通過引用該專利整體而并入了其內(nèi)容。通過使用PZT圓柱四，導(dǎo)線能夠聯(lián)接至圓柱四的電極(例如銀電極)29々和四隊以使用電壓測量裝置100來觀察操作期間PZT圓柱四輸出的電壓，電壓測量裝置100諸如是例如示波器。這容許監(jiān)視消音器觀的操作期間的諧振性能。如將在以下段落中更詳細描述的，也能夠使用PZT諧振器四來監(jiān)視壓縮機泵21中的吸入閥21A和排出閥21B的開通和/ 或關(guān)閉。實際上，通過使用PZT諧振器，識別壓縮機泵21中的吸入和排出閥的開通和/或關(guān)閉并監(jiān)視排出壓力或負載對吸入和排出閥的影響，是可能的。這能夠給泵21的制造商提供診斷工具，該診斷工具在監(jiān)視泵21內(nèi)的各種磨損機制也是有用的，該磨損機制諸如是但不限于馬達21C的磨損、吸入閥21A以及排出閥21B的磨損等。圖3是安裝在使用放置在排出側(cè)20B上的一種類型的霧化器的壓縮機系統(tǒng)20 (如圖2中描繪的)的吸入側(cè)20A上時，PZT聲諧振器觀的電信號響應(yīng)的圖示。縱坐標軸表示 PZT諧振器28的電極29A和29B兩端的電壓U (mV)，并且橫坐標軸表示時間t (ms)。圖示示出了表示泵21的吸入和壓縮行程的一系列峰和谷。負沖程對應(yīng)于壓縮機泵21的吸入(真空)行程，而正沖程(壓力)對應(yīng)于壓縮行程。如由圖3中的兩個虛豎直線和雙箭頭所示， 兩個相鄰的峰間隔開約17. 64ms0這對應(yīng)于約56. 69Hz的泵的主頻率。在壓縮行程期間(正沖程)，在吸入端口 22內(nèi)存在不變的壓力。這暗示隨著泵21中的活塞在氣缸內(nèi)升起，一定量的空氣/氣體反轉(zhuǎn)通過吸入閥21A。在一些點，吸入閥21A關(guān)閉，從而捕獲吸入側(cè)20A內(nèi)的壓縮空氣。這暗示吸入路徑23C提供一定量的約束來反轉(zhuǎn)流，因為否則，預(yù)期將不能以此方式累積壓力。還有，吸入側(cè)20A上壓力的累積暗示其可以有助于吸入閥21A開通隨后的吸入行程。即，通過在壓縮行程期間對吸入進行增壓，并在隨后的吸入行程期間釋放該壓力，有助于吸入閥21A的操作是可能的。這在用于壓縮機系統(tǒng)中的類型的泵中可以是有幫助的，因為泵21中的閥21A和21B響應(yīng)于閥兩端空氣的移動開通和關(guān)閉，而不歸因于直接的機械鏈接。圖4是安裝在壓縮機系統(tǒng)20 (如圖2中描繪的)的吸入側(cè)20A上時，PZT聲諧振器的電信號響應(yīng)的圖示。縱坐標軸表示PZT諧振器的電極兩端的電壓U(mV)，且橫坐標軸表示時間t (ms)。此圖示示例了簡短的(小于約1秒)加電循環(huán)期間，吸入系統(tǒng)20A內(nèi)的壓力的累積。實際上，如圖4中所示，吸入壓力(其表示PZT諧振器的電極兩端的壓力)從零上升且在加電后在第一 10個泵循環(huán)內(nèi)(約0. 3秒)變平(如圖4中的虛線所示)。圖5是安裝在壓縮機系統(tǒng)20 (如圖2中描繪的)的吸入側(cè)20A上時，PZT聲諧振器觀的電信號響應(yīng)的圖示，該系統(tǒng)使用孔口 25來在排出側(cè)20B上，即壓縮機系統(tǒng)20的輸出端口 24，建立約IOpsi的操作壓力?？v坐標軸表示PZT諧振器28的電極29A和29B兩端的電壓U(mV)，且橫坐標軸表示時間t (ms)。圖示示出了表示泵21的吸入和壓縮行程的一系列峰和谷。圖5中指示了吸入和排出的各個階段。負沖程對應(yīng)于壓縮機泵21的吸入 (真空)行程，而正沖程(壓力)對應(yīng)于壓縮行程。具體地，正移位指示吸入壓力增高，而負移位指示吸入壓力降低或真空，因為壓力看似變?yōu)樨摰?。因為諧振器觀安置于吸入側(cè)20A 上，所以能夠在此圖示中標識泵21中的吸入閥21A的操作(即開通和/或關(guān)閉)。吸入閥 21A的開通示為峰的最大上升點(累積的壓力)，且吸入閥21A的關(guān)閉示為發(fā)生壓力突然下降的點。一旦吸入閥21A關(guān)閉，則排出閥21B不再與諧振器觀直接相通。結(jié)果，排出閥21B 的操作點變得較無區(qū)別。實際上，排出的開通和排出的關(guān)閉之間的壓力的變化是較不顯著的。圖6是安裝在圖2A中所示的壓縮機系統(tǒng)20的排出側(cè)20B上時，PZT聲諧振器28 的電信號響應(yīng)的圖示，該系統(tǒng)使用孔口 25來在排出側(cè)20B上，即壓縮機系統(tǒng)20的輸出端口 24，建立約IOpsi的操作壓力?？v坐標軸表示PZT諧振器28的電極29A和29B兩端的電壓 U (mV)，且橫坐標軸表示時間t (ms)。圖示示出了表示排出閥2IB的開通、排出閥2IB的關(guān)閉以及吸入閥21A的關(guān)閉的一系列峰和谷。在此情況下，正移位指示排出壓力增高，而負移位指示排出壓力降低。因為諧振器現(xiàn)在在排出側(cè)20B上，所以能夠標識排出閥2IB的操作，如所指示的。然而，一旦排出閥21B關(guān)閉，則吸入閥21A不再與諧振器觀直接連通。結(jié)果，吸入閥21A的開通在排出側(cè)20B上看似不可見的。值得注意的是，PZT諧振器觀放置在壓縮機系統(tǒng)20的排出側(cè)上時，用于形成PZT 諧振器觀的陶瓷材料33或電極的加強可以是期望的。例如，諸如橡膠的合適的背襯材料能夠用于保護諧振器觀。通過在不同排出壓力捕獲數(shù)個該圖示，則在泵21的操作循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生吸入閥21A和排出閥21B的操作的圖是可能的。圖7示出了在約IOpsi的排出壓力，泵21的操作循環(huán)期間吸入閥21A和排氣(exhaust)或排出閥21B的各個開通和關(guān)閉階段。圖8示出了在約 4psi的排出壓力，泵21的操作循環(huán)期間吸入和排氣閥21A、21B的各個開通和關(guān)閉階段。如從圖7和8能夠觀察到的，吸入和排出閥的關(guān)閉點看似不受壓力的影響。實際上，吸入閥21A和排氣或排出閥21B在泵循環(huán)的大致相同的點(分別)均關(guān)閉，而不管排放操作壓力如何。相反，操作排放壓力對這兩個閥21A和21B (即吸入閥和排出閥)的開通點具有顯著影響。通常，根據(jù)圖7和8，看似較高的壓力使兩個閥21A、21B的開通延遲，而較低的壓力使它們的開通加速。因為，吸入和排出閥21A、21B的關(guān)閉點看似不受壓力的影響，這意指兩個閥在較高壓力均開通較少的時間。此信息在某些情形下是可以是有用的。例如，如果霧化器操作是使得操作壓力變化，如使用對患者呼吸作出反應(yīng)的“加閥”的霧化器時可以發(fā)生的，在霧化器管道的相對端，例如在泵外殼自身內(nèi)，探測該呼吸可以是可能的。加閥的霧化器的范例的詳細描述能夠在名稱為“Nebulizer with Valved“r’Assembly”的U. S.專利No. 506M19中找到，于此通過引用該專利的整體并入了其內(nèi)容。此外，如果提供了用于控制壓縮機的合適的控制器，則與患者的呼吸循環(huán)一致地對投遞至霧化器(或患者)的空氣進行節(jié)流(throttle)是可能的。用于控制壓縮機的合適的控制器的范例能夠在名稱為 “Method and Device for Delivering Aerosolized Medicaments，，的 U. S.專利 6681767 中找到，于此通過引用該專利的整體并入了其內(nèi)容。于是，監(jiān)視患者的呼吸速率、標識管道扭折(kink)、并提供濺射探測是可能的，它們均通過該遠程監(jiān)視實現(xiàn)。能夠進行的另一觀察是吸入閥隨活塞接近下死點而開通并且在接近返回到上死點的路徑的3/4時保持開通。這看似確證了較早的觀察結(jié)果通過吸入閥21A進入氣缸的一些空氣或氣體以相同方式離開，直至吸入閥21A關(guān)閉。在該點，即當(dāng)吸入閥21A關(guān)閉時， 一定量的增壓的空氣變?yōu)椴东@于吸入系統(tǒng)20A內(nèi)并且對下一個吸入循環(huán)可用。雖然以上實施例中描述了將PZT類型的諧振器用作用于減小或消除壓縮機系統(tǒng)中的噪聲的消音器，但是代替由PZT材料制成的諧振器，能夠提供由塑料、金屬或各種復(fù)合材料制造的諧振器并將它們用于衰減或消除噪聲。另外，諧振器觀的不同部分能夠由不同材料制成。例如，外殼四能夠由金屬制成，而頸部31能夠由塑料制成，或者外殼四能夠由一種類型的塑料(例如聚碳酸酯、丙烯酸等)制成，而頸部由另一類型的塑料(例如聚丙烯、聚乙烯等)制成。例如，PZT諧振器類型的尺寸能夠用作制造塑料消音器的藍圖。在一個實施例中，諧振器觀具有以下尺寸圓柱腔30的內(nèi)徑約為24mm，圓柱腔30的高度約為 14mm,圓柱頸部31的直徑為約4. 4mm,且圓柱頸部31的長度為約8mm。然而，如能夠理解的， 諧振器能夠具有其它形狀和/或尺寸。使用由塑料制成的消音器能夠觀察到與PZT諧振器 28類似的噪聲衰減和/或噪聲消除特性。圖9A是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的使用側(cè)枝消音器40的壓縮機系統(tǒng)20’的氣動示意性框圖。壓縮機系統(tǒng)20’在許多方面類似于壓縮機系統(tǒng)20。因此，將不重復(fù)類似部件的描述。壓縮機系統(tǒng)20和壓縮機系統(tǒng)20’之間的主要差異是并入有可聽報警裝置(例如哨子)41的側(cè)枝諧振器或消音器40的使用。側(cè)枝諧振器40具有限定腔43的外殼42。類似于消音器觀，消音器40也包括細長的部件或頸部44。腔43與可聽報警器(例如哨子)41 連通?？陕爤缶?1能夠在諧振器外殼42外部或與該諧振器外殼成整體。提供閥41A以將哨子41與腔43隔離。閥41A安置于外殼42中的開口 41B中。閥41A是單向閥(例如片狀閥)，其配置為僅在空氣通過哨子41引入到腔43中時開通，即當(dāng)腔43里面的壓力小于腔43外的壓力時開通。當(dāng)腔43里面的壓力等于或大于腔43外面的壓力時，閥41A不開通，以使腔43中的氣體和/或空氣逃逸到腔43的外部。如果過濾器沈被阻塞，則壓縮機泵21從腔43引入空氣，這使得空氣通過哨子41 進入并從而開通閥41A，從而提供過濾器沈被阻塞的可聽指示，警告用戶更換過濾器26。在一些實例中，用戶將不更換它們的過濾器，或者是因為不方便，或者是用戶不知道何時需要這么做。通過提供告訴操作者何時更換過濾器沈的可聽警報，這將保持壓縮機系統(tǒng)20’的正確操作。閥41A僅在過濾器沈被充分堵塞時才開通，從而防止哨子41在過濾器良好時激活。在一個實施例中，類似于警笛中使用的軟木塞(或其它材料)的一片材料能夠插入到哨子41中作為調(diào)制器來調(diào)制哨子41。這能夠給予哨子區(qū)別的“震顫”音調(diào)。在另一實施例中，用于調(diào)制哨子41的聲音的另一途徑是利用在較早的示例中看到的近似60Hz的壓力脈沖。在片狀閥41A將要開通，從而使得哨子41激活的那些壓力，近似60Hz的壓力脈沖將交替地開通和關(guān)閉單向閥41A，從而給聲音施與60Hz的調(diào)制。在另一實施例中，代替使用哨子41，能夠使用諧振器40的外殼42來形成哨子或可聽指示器。以此方式，諧振器40能夠用作噪聲減小器和噪聲發(fā)生器，取決于單向閥41A的狀態(tài)。當(dāng)過濾器沈未被堵住或阻擋(阻塞)時，腔43里面的壓力大于或等于腔43外面的壓力。結(jié)果，單向閥41A關(guān)閉，且諧振器40操作以減小或消除壓縮機泵21生成的噪聲。當(dāng)過濾器沈在一定程度上變得阻塞時，腔43里面的壓力變得比腔43外面的壓力小。結(jié)果， 單向閥41A開通以使空氣/氣體透入到腔43中，因此繞過諧振器40。結(jié)果，諧振器40不操作以減小能夠由用戶聽見的噪聲，從而警告用戶過濾器26的堵住或阻塞狀態(tài)。此實施的益處是設(shè)計簡單，無需增加哨子，從而最小化了壓縮機系統(tǒng)20’的總的成本。圖9B是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的使用側(cè)枝消音器40’的壓縮機系統(tǒng)20”的氣動示意性框圖。壓縮機系統(tǒng)20”在許多方面類似于壓縮機系統(tǒng)20’。在此實施例中，開關(guān) 45 (例如，壓力開關(guān)或機械開關(guān))能夠用于控制主動警報器46，該警報器是可聽的和/或視覺的(例如LED)。例如，當(dāng)腔43里面的壓力下降至某一閾值壓力以下時，開關(guān)45激活可聽警報器46發(fā)出聲音和/或激活視覺警報器46發(fā)出光，以警告用戶過濾器沈被“堵住”。然而，在此實施例中，主動警報器46可以需要功率源47來給警報器46通電。例如，在DC壓縮機中，通過使用用于給壓縮機供電的DC電源，能夠?qū)崿F(xiàn)這個。替代地，諸如硬幣形狀的單元電池的小電池能夠并入諧振器外殼內(nèi)，該小電池能夠給聽覺和/或視覺警報器46供電。 硬幣形狀的單元電池(例如鋰)或鋰離子電池能夠提供數(shù)年的服務(wù)，特別是在電池的功率僅不頻繁地使用的應(yīng)用中。上述實施例的附加變形能夠利用從外面流入腔中的空氣，并且可以包括生成噪聲的諸如旋轉(zhuǎn)輪、風(fēng)扇和止回閥(clapper)的概念。當(dāng)然，不考慮選擇的實施，利用關(guān)閉位置的閥，側(cè)枝諧振器將以對空氣流的最小影響來執(zhí)行減小可聽泵噪聲的其主要目的。圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的使用多個側(cè)枝消音器(諧振器)的壓縮機系統(tǒng)50的氣動示意性框圖。壓縮機系統(tǒng)50在許多方面類似于壓縮機系統(tǒng)20、20’。因此，將不重復(fù)類似部件的描述。壓縮機系統(tǒng)20、20’和壓縮機系統(tǒng)50之間的主要差異是使用多個側(cè)枝諧振器或消音器52A、52B。消音器52A和52B能夠與消音器觀或消音器40具有相同構(gòu)造。在一個實施例中，諧振器52A能夠配置為消除某一頻率范圍中的噪聲，而諧振器52B能夠用于消除另一頻率范圍中的噪聲。調(diào)諧到不同頻率范圍的多個諧振器52A和52B的使用容許制作(tailor)諧振器52A和52B，使得頻率范圍的和基本上涵蓋壓縮機21生成的噪聲的頻譜以基本上減小或消除壓縮機泵21生成的噪聲。雖然兩個諧振器52A和52B在圖10中描繪為連接至管線23A、23B，但是如能夠理解的，任何數(shù)量的諧振器能夠連接至管線 23A、23B。圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的使用側(cè)枝諧振器61的壓縮機系統(tǒng)60的氣動示意性框圖。壓縮機系統(tǒng)60在許多方面類似于壓縮機系統(tǒng)20、20’。因此，將不重復(fù)類似部件的描述。壓縮機系統(tǒng)20、20’和壓縮機系統(tǒng)60之間的主要差異是使用不同的側(cè)枝諧振器61。側(cè)枝諧振器61具有限定腔63的外殼62。諧振器61也包括細長的部件或頸部64。 在一個實施例中，諧振器61連接至氣動管線23A、23B，氣動管線23A、2!3B將壓縮機泵21連接至入口端口 22，如以上關(guān)于諧振器觀詳細描述的。因此，諧振器61具有以上在諧振器觀中描述的許多特征。在一個實施例中，諧振器61的外殼62由諸如塑料的材料構(gòu)造。諧振器61還包括諸如PZT材料的壓電材料65。PZT材料65安置或夾置于兩個電極板66A和 66B之間。導(dǎo)線67能夠聯(lián)接至電極(例如銀電極)66A和66B以經(jīng)由諸如例如示波器的電壓測量裝置V來觀察PZT材料65輸出的電壓。這容許監(jiān)視壓縮機泵21中的吸入閥21A和排出閥21B的開通和/或關(guān)閉，如以上段落中詳細描述的。在一個實施例中，諧振器能夠安置于腔63中，倚著外殼62的壁，例如聯(lián)接至外殼62的壁。諧振器61的此配置能夠用于減小壓縮機泵21生成的噪聲和/或監(jiān)視壓縮機泵21的操作(例如，監(jiān)視閥21A、21B的開通和/或關(guān)閉)。如圖11中描繪的，諧振器61連接在壓縮機系統(tǒng)60的吸入側(cè)60A上。然而，如能夠理解的，諧振器61能夠連接在壓縮機系統(tǒng)60的排出側(cè)60B上。實際上，諧振器61的配置良好適合于連接在排出側(cè)60B上，無需保護壓電材料65和/或電極66A、66B以免受到排出側(cè)20B處的相對較高的壓力的影響。外殼62的壁能夠提供支撐，并且從而保護壓電材料 65和/或電極66A和66B以免受可能的損壞。雖然已經(jīng)為示例目的基于當(dāng)前被視為最實際和優(yōu)選的實施例詳細描述了本發(fā)明， 但是應(yīng)當(dāng)理解，該細節(jié)僅為該目的，并且本發(fā)明不限于公開的實施例，而是相反，其意在涵蓋所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的修改和等同布置。例如，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明預(yù)期，在可能的程度上，任何實施例的一個或多個特征能夠與任何其它實施例的一個或多個特征組合。
權(quán)利要求
1.一種壓縮機系統(tǒng)，包括入口端口，配置為接收氣體；出口端口，配置為輸出壓縮氣體；壓縮機泵，連接至所述出口端口并經(jīng)由氣動管線連接至所述入口端口，所述壓縮機泵配置為對通過所述入口端口輸入的氣體進行增壓并通過所述輸出端口輸出壓縮氣體，所述壓縮機泵在所述壓縮機泵的操作期間生成噪聲；以及側(cè)枝諧振器，具有形成腔的外殼和連接至所述外殼的細長的部件，所述細長的部件氣動地連接至所述入口端口和所述壓縮機泵之間的所述氣動管線，其中，所述側(cè)枝諧振器配置為基本上減小所述壓縮機泵生成的噪聲。
2.如權(quán)利要求1所述的壓縮機系統(tǒng)，還包括連接至所述入口端口的過濾器。
3.如權(quán)利要求2所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述側(cè)枝諧振器配置為在所述過濾器被阻塞時向用戶發(fā)出警告。
4.如權(quán)利要求1所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，選擇所述腔的體積、所述細長的部件的長度、所述細長的部件的橫截面尺寸、或前述各項中的兩項或更多項的任意組合，以基本上減小所述壓縮機泵生成的所述噪聲。
5.如權(quán)利要求1所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述側(cè)枝諧振器還包括聲吸收材料，其中， 所述聲吸收材料安置于所述側(cè)枝諧振器的所述腔里面。
6.如權(quán)利要求1所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，連接所述壓縮機泵和所述入口端口的所述氣動管線內(nèi)的氣體的流動基本上不受所述側(cè)枝諧振器的阻礙。
7.如權(quán)利要求1所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述側(cè)枝諧振器由選自以下材料構(gòu)成的組的材料制造陶瓷、塑料、金屬、以及復(fù)合物。
8.如權(quán)利要求7所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，側(cè)枝諧振器的所述外殼由一種材料制成并且所述側(cè)枝諧振器的所述細長的部件由另一種材料制成。
9.如權(quán)利要求1所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述側(cè)枝諧振器的所述外殼包括壓電材料。
10.如權(quán)利要求9所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述壓電材料包括鋯鈦酸鉛。
11.如權(quán)利要求1所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述壓電材料倚著所述側(cè)枝諧振器的所述外殼的壁安置于所述腔里面。
12.如權(quán)利要求1所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述側(cè)枝諧振器配置為還監(jiān)視所述壓縮機系統(tǒng)的操作。
13.如權(quán)利要求12所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述壓縮機泵包括吸入閥和排出閥，其中，所述側(cè)枝諧振器配置為在所述壓縮機泵的操作循環(huán)內(nèi)探測所述吸入閥和/或所述排出閥的開通和/或關(guān)閉。
14.如權(quán)利要求13所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述吸入閥和所述排出閥基本上在所述循環(huán)中的相同點關(guān)閉，而不考慮排出操作壓力。
15.如權(quán)利要求13所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述吸入閥和所述排出閥在所述循環(huán)中的開通點取決于排出操作壓力。
16.如權(quán)利要求15所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，在所述壓縮機泵的操作循環(huán)中，較高排出操作壓力使所述吸入閥和所述排出閥的所述開通點延遲，而較低排出操作壓力使所述吸入閥和所述排出閥的所述開通點加速。
17.如權(quán)利要求1所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述側(cè)枝諧振器被調(diào)諧以衰減所述壓縮機泵發(fā)出的頻率范圍中的噪聲。
18.如權(quán)利要求1所述的壓縮機系統(tǒng)，還包括第一側(cè)枝諧振器和第二側(cè)枝諧振器，其中，所述第一側(cè)枝諧振器被調(diào)諧到第一頻率范圍，且所述第二側(cè)枝諧振器被調(diào)諧到不同于所述第一頻率的第二頻率范圍，使得所述第一頻率范圍和所述第二頻率范圍的和基本上涵蓋所述壓縮機泵生成的噪聲的頻譜。
19.如權(quán)利要求1所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述側(cè)枝諧振器配置為在所述輸入端口被阻擋時向用戶發(fā)出警告。
20.如權(quán)利要求1所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述側(cè)枝諧振器還包括單向閥，所述單向閥安置在所述側(cè)枝諧振器的所述外殼的開口中。
21.如權(quán)利要求20所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述單向閥在所述腔里面的壓力大于或等于所述腔外面的壓力時關(guān)閉，并且在所述腔里面的壓力小于所述腔外面的壓力時開通。
22.如權(quán)利要求21所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，在通過所述輸入端口的氣體流基本上未被阻擋時，所述腔里面的所述壓力大于或等于所述腔外面的所述壓力，并且在通過所述輸入端口的所述氣體流基本上被阻擋時，所述腔里面的所述壓力小于所述腔外面的所述壓力。
23.如權(quán)利要求22所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，在所述單向閥關(guān)閉時，所述側(cè)枝諧振器作為噪聲消音器操作以減小所述壓縮機泵發(fā)出的所述噪聲，并且在所述單向閥開通時，所述側(cè)枝諧振器停止作為噪聲消音器操作，警告所述壓縮機系統(tǒng)的用戶所述輸入端口基本上被阻擋。
24.如權(quán)利要求20所述的壓縮機系統(tǒng)，還包括可聽警報裝置，所述可聽警報裝置安置為與所述腔中的所述開口相通并通過所述單向閥與所述腔隔離。
25.如權(quán)利要求21所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述單向閥在所述腔里面的壓力大于或等于所述腔外面的壓力時關(guān)閉，并且在所述腔里面的壓力小于所述腔外面的壓力時開通。
26.如權(quán)利要求25所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，在通過所述輸入端口的氣體流基本上未被阻擋時，所述腔里面的所述壓力大于或等于所述腔外面的所述壓力，并且在通過所述輸入端口的所述氣體流基本上被阻擋時，所述腔里面的所述壓力小于所述腔外面的所述壓力。
27.如權(quán)利要求沈所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，在所述單向閥關(guān)閉時，所述側(cè)枝諧振器作為噪聲消音器操作以減小所述壓縮機泵發(fā)出的所述噪聲，并且在所述單向閥開通時，所述側(cè)枝諧振器停止作為噪聲消音器操作并且氣體通過所述可聽警報裝置透入到所述腔中，所述可聽警報裝置發(fā)出警報聲音以警告用戶所述輸入端口基本上被阻擋。
28.—種減小壓縮機系統(tǒng)中的噪聲的方法，包括在所述壓縮機系統(tǒng)中安置側(cè)枝諧振器，所述側(cè)枝諧振器具有形成腔的外殼和連接至所述外殼的細長的部件；將所述細長的部件氣動地連接至氣動管線，所述氣動管線鏈接在所述壓縮機系統(tǒng)的入口端口和所述壓縮機系統(tǒng)的壓縮機泵之間；以及對所述側(cè)枝諧振器的頻率范圍進行調(diào)諧，以便基本上減小所述壓縮機泵生成的噪聲。
29.如權(quán)利要求觀所述的方法，其中，調(diào)諧包括選擇所述腔的體積、選擇所述細長的部件的長度、選擇所述細長的部件的橫截面尺寸、或前述各項中的兩項或更多項的任意組合。
30.一種監(jiān)視壓縮機系統(tǒng)中的壓縮機泵的操作的方法，所述方法包括在所述壓縮機系統(tǒng)中安置側(cè)枝諧振器，所述側(cè)枝諧振器具有形成腔的外殼和連接至所述外殼的細長的部件；將所述細長的部件氣動地連接至氣動管線，所述氣動管線鏈接在所述壓縮機系統(tǒng)的入口端口和所述壓縮機系統(tǒng)的所述壓縮機泵之間；以及使用側(cè)枝諧振器來監(jiān)視所述壓縮機泵的操作。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，監(jiān)視所述壓縮機泵的所述操作包括監(jiān)視所述壓縮機泵的操作循環(huán)期間所述壓縮機泵中的吸入閥和/或排出閥的開通和/或關(guān)閉。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，在所述壓縮機系統(tǒng)中安置所述側(cè)枝諧振器包括安置包括壓電材料的側(cè)枝諧振器。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述壓電材料包括鋯鈦酸鉛。
全文摘要
一種壓縮機系統(tǒng)和一種用于減小壓縮機系統(tǒng)中的噪聲的方法。所述壓縮機系統(tǒng)包括入口端口，配置為接收氣體；出口端口，配置為輸出壓縮氣體；壓縮機泵，連接至所述出口端口并經(jīng)由氣動管線連接至所述入口端口。所述壓縮機泵配置為對通過所述入口端口輸入的氣體進行增壓并通過所述輸出端口輸出壓縮氣體。所述壓縮機泵在所述壓縮機泵的操作期間生成噪聲。所述壓縮機系統(tǒng)還包括側(cè)枝諧振器，所述側(cè)枝諧振器具有形成腔的外殼和連接至所述外殼的細長的部件。所述細長的部件氣動地連接至所述入口端口和所述壓縮機泵之間的所述氣動管線。所述側(cè)枝諧振器配置為基本上減小所述壓縮機泵生成的噪聲和/或監(jiān)視所述壓縮機泵的操作。
文檔編號F04B39/00GK102472264SQ201080034282
公開日2012年5月23日 申請日期2010年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月3日
發(fā)明者M·S·莫里森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司